ACS Appl. Mater. Interfaces:單層WS2中過渡金屬取代引起的晶格應變和極性反轉

2021-03-01 低維 昂維

 

成果介紹

過渡金屬硫族化合物（TMDs）的物理和化學性質可以通過摻雜或合金化有效地進行調控，這對於它們的實際應用至關重要。然而，由具有不同最外層電子結構的雜原子合金化而引起的微觀結構演變及其對物理性能的影響仍不清楚。

有鑑於此，近日，北京航空航天大學宮勇吉教授、澳洲伍倫貢大學Du Yi教授和華東師範大學胡志高教授（共同通訊作者）合作合成了具有各種Nb濃度的Nb取代WS2，表現出異常的光學行為變化和連續的極性反轉。完全軟化的拉曼模式、快速淬滅的光致發光和嚴重的電子散射可歸因於Nb原子摻雜引起的電荷摻雜和晶格應變的綜合作用。直接從原子分辨掃描透射電子顯微鏡（STEM）觀察到WS2晶格中Nb原子的三種取代模式。密度泛函理論（DFT）的計算進一步證實了晶格應變在光學和電學特性變化中的作用。隨著Nb濃度的增加，可以實現n型，雙極性和p型場效應電晶體（FET），表明該摻雜方法能夠為將來的電子應用設計二維（2D）材料的特性。

這些發現給出了一種控制2D半導體中載流子極性的有效方法，可以通過雜原子摻雜在更大範圍內調控2D材料的性能。

 

圖文導讀 

圖1. 單層WS2，NbxW1-xS2和NbS2的合成、形貌、Raman、PL以及XPS能譜。

  

圖2. 單層NbxW1-xS2合金中的逐原子摻雜分析。 

 

圖3. 通過DFT計算研究摻雜濃度和晶格應變對單層WS2能帶的影響。

  

圖4. Nb摻雜對拉曼模式演化的影響以及不同聲子振動隨Nb濃度的變化。

  

圖5. 具有不同Nb濃度的單層NbxW1-xS2合金的電學特性。

 

文獻信息

Transition-metal substitution induced lattice strain and electrical polarity reversal in monolayer WS2 

(ACS Appl. Mater. Interfaces, 2020, DOI: 10.1021/acsami.9b22004)

文獻連結：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b22004

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